液压传动技术基础教学课件（一）.ppt

,液 压 传 动 李龙谭,液压传动基础知识,第一章 绪论液压传动的概念和原理液压传动的特点及应用第二章 液压流体力学基础工作介质液体静力学液体流动中的压力损失气穴现象和压力冲击第三章 液压泵齿轮泵轴向柱塞泵,液压传动基础知识,第四章执行元件液压马达的分类液压缸类型及基本计算典型液压缸的结构第五章辅助元件油管及管接头油箱滤油器蓄能器密封装置热交换器,液压传动基础知识,第六章 液压阀概述方向控制阀压力控制阀流量控制阀插装阀第七章 液压回路方向控制回路压力控制回路速度控制回路多执行元件回路,液压传动基础知识,第八章 典型液压系统分析液压系统的分类.特点及阅读方法组合机床的液压系统,6,学习目标：了解液压技术的起源、发展和应用。掌握液压传动的两个特性，了解液压传动优缺点。掌握液压系统的组成以及各液压元件在液压回路中的作用。了解液体动力学基础知识， 液体流经管路的压力损失。了解液体的粘性、粘度以及影响粘度的主要因素。熟悉液压传动管路辅件的使用。,第一章 绪论,第一章 绪论,1.1液压传动的概念和原理1.1.1液压传动的概念一部机器通常有：原动机 传动装置 和工作机构三部分组成。另外控制装置和辅助装置也是不可缺少的组成部分。传动的分类：机械传动；电力传动；流体传动。流体传动可分： 气体传动； 液体传动。液体传动可分： 液力传动； 液压传动 。液压传动是以密闭的管路中的受压液体为工作介质，进行能量的转换，传递，分配和控制的技术，称之为液压技术，也叫液压传动。,8,液压传动技术发展概况,阿基米德输水螺杆（大约公元前200年）,中国式“水车”,9,液压传动技术发展概况,压把式灭火器（十七世纪中叶）,Bramah压力机（1795年）,10,液压传动技术应用,压力机,盾构机（隧道掘进机）,11,液压传动技术应用,航天飞机运送车,海上石油钻井平台,液压传动技术,1.1.2液压技术的发展1650年法国科学家巴斯卡提出了封闭静止液体中压力传递的巴斯卡原理；1686年牛顿提出了描述粘性液体相对运动的内摩察定律；1750年流体力学的两个重要方程连续方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒）相继建立。,13,液压千斤顶的工作原理,1.1.3 液压传动的工作原理,14,液压传动实例,手动式电瓶液压叉车1-液压泵 2-溢流阀 3-调速阀 4-二位二通电磁换向阀 5-液压缸,15,1-油箱2-吸油滤油器3-油管4-液压泵7-溢流阀9-2/2换向阀13-节流阀15-5/2换向阀18-液压缸19-工作台,机床工作台液压系统,液压传动实例,16,液压传动原理,外力产生的压力（帕斯卡定律）,在密闭容器内，施加于静止液体上的压力将以相等的数值传递到液体各点，这就是静压传递原理，即帕斯卡定律。,简化模型,重要基本概念一：工作压力取决于负载，而与流入的液体多少无关。,17,F2,活塞所受力与活塞面积成正比,力比:,18,压力的传递,作用在活塞面积上的压力与其作用面积成反比,单位时间内流过管道液体的体积。活塞AS=V液体体积；若小活塞在t时间内的液体流量为Q则：Q=V/t =AS/t=Av (升/分)在流量一定的情况下活塞的运动速度与活塞面积成反比；在火灾面积一定的情况下与流量成反比。Q=Av=Q=Av=Q (液流连续性原理),19,液流连续性原理,流量连续性方程,20,说明：在定常流动中，流过各截面的不可压缩液体的流量是相等的，而且液体的平均流速与管道的过流截面积成反比。（连续性原理）,21,重要基本概念二： 活塞的运动速度取决于进入液压缸的流量，而与液体压力大小无关。,速比：活塞的运动速度和活塞的作用面积成反比,流量连续性方程,简化模型,液压功和功率,在力学中：一作用力F使物体沿力的作用方向移一距离S，其所做的功为：W=F.S;若物体移动的距离S所用的时间为t;其功率N=Wt=FSt=F.v(单位时间所做的功等于作用力和速度的乘积),22,能量守恒也同样适用于液压传动,23,两个重要参数,压力P压力的大小取决于负载 Pa。流量Q速度的快慢取决于流量的多少L/m。功率N (kw),24,压强的计量单位,（1）压力单位：Pa（N/m2）、bar 、MPa 1 bar=105 Pa0.1 MPa 1 Pa=1牛顿/平方米(1N/) 1Kpa=1000Pa,（2）液柱高单位：测压计常以水或水银作为工作介质， 压力常以水柱高度（mH2O），或毫米汞柱（mmHg） 表示。,（3）大气压单位：以1标准大气压（1 atm）为单位表示。,1 atm =1.013*105Pa =10.33 mH2O =760 mmHg1bar0.1MPa,在液压传动中Q的单位常用升分，液流流过的面积A的单位用c或m表示。其中：1升=1000毫升=1000 c带入常用的单位后：Q=v.A 10（升分）例题已知油缸的截面积是25 c，活塞的运动速度为5米分，供给油缸的流量Q是多少?Q=v.A=25*5 10=12.5升分,25,26,液压系统工作原理图（用职能符号来表示的）1-液压泵 2-油箱 3-单向阀 4-溢流阀5-液压缸 6-三位四通手动换向阀 7-节流阀,1.1.4液压系统的组成,液压系统工作原理（用元件剖视图表示的）,1.1.5液压传动系统的图示方法,1.结构原理图：准确的表达元件的结构形状，几何尺寸和装配关系；2.装配结构图:可直观地表达个元件的原理即在系统中的功能；3.职能符号图：凡是功能相同的元件，尽管结构和原理不同均用同一种符号表示。在系统中不表示具体结构和参数几具体安装位置。用智能符号绘制液压系统时，如果无特别说明均指元件处于静态或零位。,28,液压系统的组成,1-液压泵 2-油箱 3-单向阀 4-溢流阀5-液压缸 6-三位四通手动换向阀 7-节流阀,液压系统的组成：. 动力元件 泵（机械能 压力能）把原动机的机械能转换成液体压力能的转换元件。. 控制元件阀（控制方向、压力及流量）对液压系统中油液的压力、流量或流动方向进行控制或调节的元件。. 执行元件缸、马达（压力能 机械能）把液体的液压能转换成机械能的转换元件。 . 辅助元件油箱、油管、滤油器 、压力表。在系统中起储存油液、连接、滤油、测量等作用。. 传动介质一般为液压油,29,液压传动系统中能量的传递和转换,电机内燃机,液压泵,执行元件液压缸液压马达,被驱动工作部件,液压控制机构,机械能,机械能,液压能,液压能,30,1.2 液压传动技术的特点及应用,重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快。 操纵简单、控制灵敏并且可以无级调速，可以实现顺序动作控制和程序控制。产品系列化、标准化，元件相对简单，布置灵活。通过溢流阀可以很方便地实现过载自动保护。方便地实现直线运动 。一般采用矿物油为工作介质，寿命长，在很大程度上可以免维护。传递的功率和力大，并且容易实现机器的自动化。,与机械传动、电气传动相比，液压传动具有以下优点,31,液压传动技术的缺点,泄漏会引起容积损失使传动效率下降。由于液体具有可压缩性，因此液压传动一般不宜用于传动比要求严格的场合。液体的粘度性能对温度比较敏感，因此液压传动性能会随温度的变化而改变。液压元件的制造精度要求较高，制造成本较高，价格较贵。 压系统故障查寻和排出比较困难，对系统的安装、使用和维护的技术要求较高。,第二章液压流体力学,2.1工作介质2.1.1 液压油的主要物理特性,33,粘性 液体在外力作用下流动（或有流动趋势）时，分子间的内聚力要阻止分子相对运动而产生的一种内摩檫力，它使液体各层间的运动速度不等，这种现象叫做液体的粘性。静止液体不呈现粘性，只有流动时呈现出来。,油液主要的物理性质,34,粘性,液体粘性的作用,粘性的作用：在平行平板A、B间充满油液。下板A固定，当上板以速度v沿x轴正向运动时，贴近两平板的液体必粘附在平板上。附着在上平板的油液以与平板相同的速度v运动，而粘附在下板的油液的速度为零。两平面间各层液体的速度各不相同，从上到下按递减的速度向右运动。当层间距离较小时，其速度按线性规律分布。各层液体间有相互牵制作用，运动快的带动运动慢的，而运动慢的对运动快得起阻滞作用，各层间相互制约，即产生内摩擦力。,35,内摩擦力,36,粘度的三种表示方法,单位：Pa.S（帕秒）,1) 动力粘度,动力粘度物理意义：液体在单位速度梯度下流动时单位面积上产生的内摩擦力。,37,粘度的三种表示方法,2) 运动粘度,单位：m2/s,运动粘度单位：1 m2/s = 104 St沲(cm2/s) = 106 cSt (=106 mm2/s)厘沲mm2/s),液压油的牌号：表示这种油在40时，以mm2/s为单位的运动粘度的平均值。例如YAN32中YA是普通液压油，N32表示40C时油的平均运动粘度为32 mm2/s。,38,常用液压油的牌号和粘度,39,油液粘性与压力、温度的关系,一般而言，油液所受的压力增大，其粘性变大，在高压时，大于32MPa时压力对粘性的影响尤为突出，而在中低压时并不显著。即： p， ,应用时忽略影响。,油液粘性与压力的关系,40,油液粘性对温度十分敏感。当温度升高时，粘性下降，这种影响低温时更为突出。即： T 影响： 大，阻力大，能耗 小，油变稀，泄漏限制油温：T，加冷却器 T，加热器,油液粘性与温度的关系,油液粘性与压力、温度的关系,41,恩氏度0E中国，德国、前苏联等用赛氏秒SSU美国用雷氏秒R英国用巴氏度0B法国用,42,43,2.1.2液压油的一般要求,粘度适当，粘温特性好，压缩性小。抗氧化性好，长期工作不变质。 润滑性能好，防锈蚀能力强。抗泡沫性和抗乳化性好。无杂质和沉淀物。 燃点高，低温用油要求凝点低。不含有水溶性的酸碱，对液压元件和密封件无侵。,2.1.2液压油的一般要求,其它要求(1) 对热、氧化、水解和剪切都有良好的稳定性，在贮存和使用过程中不变质。温度低于57时，油液的氧化进程缓慢，之后，温度每增加10，氧化(经过深度氧化的润滑油，内部化学成分氧元素增多，分子量增大，由烃类化合物转变成了非烃化合物；外现上颜色变深，沉淀增多，腐蚀性增大，使润滑油的使用性能下降)的程度增加一倍，所以控制液压油的温度特别重要。(2) 抗泡沫性好，抗乳化性好，腐蚀性小，防锈性好(3) 热膨胀系数低，比热高，导热系数高。(4) 凝固点低，闪点(明火能使油面上油蒸汽闪燃，但油本身不燃烧时的温度)和燃点高。一般液压油闪点在130150之间。,44,2.1.2液压油的一般要求,(5) 质地纯净，杂质少。（6） 对人体无害，成本低。对轧钢机、压铸机、挤压机、飞机等机器所用的液压油则必须突出油的耐高温、热稳定性、不腐蚀、无毒、不挥发、防火等项要求。,45,2.1.2液压油的一般要求,使用液压油时，应注意以下几点：(1) 对于长期使用的液压油，氧化、热稳定性是决定温度界限的因素，因此，应使液压油长期处在低于它开始氧化的温度下工作。(2) 贮存、搬运及加注过程中，应防止油液被污染。(3) 对油液定期抽样检验，并建立定期换油制度。(4) 油箱中油液的贮存量应充分，以利于系统的散热。,46,2.1.2液压油的一般要求,(5) 保持系统的密封，一旦有泄漏，就应立即排除 .(6)滤网的通流能力须4倍于泵的流量，而不是常规的1.5倍。,47,液压系统压力等级划分,48,低0-2.5中2.5-6中高压6-16高压16-31.5 超高压31.5单位MPa,49,2.1.3液压油液的选择和使用,液压油液的选择1.优先考虑粘性运动粘度=11.5 41.3 cSt 即 20、30、40号机械油2.按工作压力选：p 高，选大； p 低，选小3.按环境温度选：T 高，选大； T 低，选小4.按运动速度选：v 高，选小； v 低，选大5.其他 环境 （污染、抗燃） 经济（价格、使用寿命） 特殊要求（精密机床、野外工作的工程机械）,50,2.1.4液压介质的污染与控制,液压系统中多数故障与液压介质受污染有关污染源： 1、液压管道及液压元件的污物 2、环境（空气中杂质） 3、元件磨损和元件老化 4、液压油本身污染,2.2流体力学,一.液体在管路中流动时压力损失液体具有粘性，在管路中流动时产生压力损失 沿程压力损失:液体在等径直管中流动时，因摩擦而产 生的损失。 局部压力损失:由于管道的截面突然变化，液流方向改 变或其它形式的液流阻力而引起的损失,52,二 液压冲击 在液压系统中，由于某种原因，液体压力在一瞬间突然升高，产生很高的压力峰 值，这种现象称为液压冲击。,2.2流体力学,53,2.2液体流体,三 气穴现象 在液流中，由于压力降低到有气泡形成的现象，统称为气穴现象。液体中，因某点处的压力低于空气分离压而使液体产生气泡的现象。,54,四 气蚀现象 液压系统中产生气穴后，气泡随油液流至高压区，在高压作用下迅速破裂。于是产生局部液压冲击，压力和温度均急剧升高，出现强烈的噪声和振动。当附着在金属表面上的气泡破裂时，所产生的局部高温和高压会使金属剥落、表面粗糙、元件的工作寿命降低，这一现象称为气蚀。,2.2液体流体力学,55,理想液体的伯努利方程,伯努利方程方程的物理意义：在管内作稳定流动的理想液体具有压力能、位能和动能这三种能量形式。在任意通流面积上这三种能量可以互相转换，但其总和保持不变。,56,A1v1=A2v2,A v p ,h1h2,伯努利方程,连续性方程,根据液体流动性原理：流速v=v=v液体的重量G=V. =mg液体的重度：单位容积中液体的重量称为液体的重度。用表示。 = . g（kg 米.秒）密度= g,57,上述伯努利方程式中的压力能动能位能一般称为压力头；位置头；速度头。例,如一液压系统油液的流速v=2米秒，压力p=10Mpa管道距离地面高度H=1米,则油液的位置头，速度头和压力头分别是多少？h-=1米；v/2g=2/2*9.810.2米；p/=100/0.9*10=1111米（=0.9*10-kgcm）可见油液中的能量主要是以压力能的形式出现，即以压力能来传递能量而动能和位置能均可忽略不计。由此故称液压传动,58,59,液体流体力学,层流：液体质点互不干扰，流动呈线性或层状，平行于管道轴线，没有横向运动。紊流：液体质点的运动杂乱无章，除沿管道轴线运动外，还有剧烈的横向运动。,